WO2005097338A1 - 静電霧化装置 - Google Patents

Abstract

　本発明は、水タンクが不要で、直ぐに静電霧化効果を発揮できることが可能な静電霧化装置を提供する。静電霧化装置は、放電電極、放電電極に対向する対向電極、放電電極上に水を供給する水供給器、放電電極と対向電極との間に高電圧を印加する高電圧源とを備え、高電圧の印加によって放電電極上の水に静電気を帯電させてこれを放電電極先端の放電端から水の帯電微粒子を放出させる。この水供給器は放電電極の上に周囲の空気中から水を凝集させるように構成され、別途の水タンクを利用することなく、短時間で放電電極上に水を供給することができる。このため、水の帯電微粒子の霧化が使用開始後直ぐに得られる。                                                                       

Description

明 細 書

静電霧化装置

技術分野

[0001] 本発明は静電霧化装置、特に外気中の水分を凝集させてこれに静電気を帯電さ せてナノメータサイズの微細粒子として放出させる静電霧化装置に関するものである 背景技術

[0002] 日本特許公開特開平 5— 345156号は、ナノメータサイズの帯電微粒子水（ナノサ ィズミスト)を生成する従来の静電霧化装置を開示している。この装置では、水が供給 される放電電極と対向電極との間に高電圧を印加して放電させることで、放電電極が 保持して!/、る水にレイリー分裂を生じさせて霧化させるようになって!/、る。このような帯 電微粒子水は、ラジカルを含んでいるとともに長寿命であって、空間内への拡散を大 量に行うことができ、室内の壁面や衣服やカーテンなどに付着した悪臭成分などに 効果的に作用し、無臭化することができるといった特徴を有している。

[0003] し力しながら、上記の装置では、水タンクに入れた水を毛細管現象によって放電電 極に供給する方式となっているため、水タンクへの水の補給を使用者に強いることに なる。この手間を不要とするために、周囲の空気を冷却することで水を凝集により取り 出す熱交換部を設けて、熱交換部で生成した水 (結露水)を放電電極に送ることが考 えられるが、この場合、熱交換部で結露水を生成してこの水を放電電極まで送るのに 少なくとも数分程度の時間が力かってしまい、例えば、ヘアードライヤーのような短時 間だけ使用する機器には適用することができないという問題がある。

発明の開示

[0004] 本発明は上記の問題点に鑑みて発明したものであって、水タンクが不要で、直ぐに 静電霧化効果を発揮できることが可能な静電霧化装置を提供することを課題とする。

[0005] 本発明に係る静電霧化装置は、放電電極、放電電極に対向する対向電極、放電 電極上に水を供給する水供給器、放電電極と対向電極との間に高電圧を印加する 高電圧源とを備え、高電圧の印加によって放電電極上の水に静電気を帯電させてこ れを放電電極先端の放電端カゝら水の帯電微粒子を放出させる。上の水供給器は放 電電極の上に周囲の空気中から水を凝集させるように構成される。このように、空気 中の水分を放電電極上へ凝集させることで、別途の水タンクを利用することなぐ短 時間で放電電極上に水を供給することができる。このため、水の帯電微粒子の霧化 が使用開始後直ぐに得られる。

[0006] この水供給器は冷却器で構成することが望ましぐ冷却器により放電電極を冷却さ せて周囲の空気力も水分を放電電極の上に凝集させることができる。

[0007] また、水供給器は、空気中の水分を放電電極へ氷結させる氷結機能と、氷結水を 融解させる融解機能とを備えることも可能である。

[0008] 更に、本発明の装置には、空気導入路を介して周囲の空気を放電電極へ導入す るファンを設けることが望ましい。これにより、湿気を含む空気を常に放電電極の周り に供給できて、所定量の水の凝集が維持できる。また、この結果生じる空気流に乗せ て、放電電極から放出される帯電微粒子のミストを外部へ送り出すことができる。

[0009] 冷却器は放熱器とで熱交 を構成し、この熱交^^が放電電極と共にハウジン グ内に収容される。この場合、ハウジングには上の空気導入路と分離した熱交換路 が形成され、周囲の空気を放熱器へ導入してからハウジング外へ排出することが好 ましい。これにより、外部から導入されて放熱器で加熱された空気が放電電極側に漏 れて放熱電極付近の温度を上昇させることを無くして、放電電極での水の凝集効率 が低下するのを抑止できる。

[0010] また、放電電極には凝集された水を保水するための保水体を備えることが望ましぐ 余剰な凝集があった場合は一旦貯めておき、水を生成し難 、環境にある場合には保 水体の水を利用して霧化量を確保することができる。また、余剰分の水が他の部分に 流入して短絡を生じる危険性も減少することとなる。

[0011] 冷却器としては小型で冷却効率が高いペルチェ効果熱電モジュールを好適に使 用することができる。

[0012] また、本発明は複数の放電電極を備える装置を開示する。この場合、複数の放電 電極がそれぞれ冷却器へ熱的に結合してそれぞれの放電端が同一の温度に冷却さ れると共に、高電圧源へ電気的に結合してそれぞれの放電端が同一の電界強度を 有するようにしている。このため、一つの冷却器を利用して帯電微粒子のミストを安定 して多量に作り出すことができる。

[0013] 複数の放電電極は一つの電極部品に一体化されることが望ましい。この電極部品 は冷却器へ結合される単一の幹を有し、各放電電極がこの単一の幹からそれぞれ分 岐枝を経て延出する。複数の放電電極を一体化した電極部品を使用することで、組 み立てが簡単になると共に、放電電極及び分岐枝を同一長とすることで、各放電電 極の放電端での冷却温度を一定とすることができる。この場合、複数の放電電極の 全てが対向電極力 等間隔に離間させることで、複数の放電電極より安定した均一 量のミストを生成することができる。

[0014] また、電極部品が同一材料によって単一構造体に形成され、複数の放電電極が幹 の周りに対称的に配置されることが望ましい。

[0015] 電極部品が、各分岐枝カゝら冷却器側に離れた点で上記の高電圧源からの高電圧 を受けることが望ましい。これにより、各放電電極先端の放電端での冷却温度を一定 としながら、放電電極へ高電圧を印加することができて、安定したミストの生成が可能 となる。

[0016] 放電端での冷却を効果的に行うために、この電極部品には分岐枝力も冷却器に至 る部分を包囲する断熱被覆が装着されることが望ましい。

[0017] 更に、複数の放電電極に対応させて複数の対向電極を設けることも可能であり、こ の場合、各対向電極はそれぞれ対応する放電電極に対して同一の距離で離間して

、各放電電極先端での放電端での電界強度を同一として、多量のミストを安定して生 成することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の第 1実施形態に係る静電霧化装置の斜視図。

[図 2]同上の装置の上面図。

[図 3]図 2中の 3— 3線断面図。

[図 4]図 2中の 4 4線断面図。

[図 5]同上の静電霧化装置の変更態様を示す斜視図。

[図 6]同上の静電霧化装置の他の変更態様を示す上面図。 [図 7]同上の静電霧化装置の更に他の変更態様を示す縦断面図。

[図 8]本発明の第 2実施形態に係る静電霧化装置の一部省略斜視図。

[図 9] (A) (B) (C)はそれぞれ本発明に使用できる各種形状の放電電極を示す説明 図。

[図 10] (A) (B) (C) (D)はそれぞれ本発明に使用できる各種形状の放電電極を示す 説明図。

発明を実施するための最良の形態

[0019] <第 1実施形態 >

本発明の第 1実施形態に係る静電霧化装置を添付図面に基づいて説明する。図 1 〜4に示すように、静電霧化装置は内部に複数の放電電極 21を配置したケーシング 10を備える。このケーシング 10の上面開口には複数の対向電極 30を一体ィ匕した電 極プレートが取り付けられて、各放電電極 21先端に各対向電極 30が所定の距離を 隔てて対向する。電極プレートには複数の円形窓 32が設けられ、各円形窓 32の中 心軸上に放電電極 21の先端が位置する。

[0020] 放電電極 21は冷却器 40に結合され、冷却により周囲の空気中に含まれる水分を 放電電極 21上に凝集させる。放電電極 21と対向電極 30は高電圧を発生する高電 圧源 60に接続される。高電圧源は所定の高電圧を放電電極 21と接地された対向電 極 30との間に印加するもので、負の電圧（例えば、—4. 6kV)を各放電電極 21に与 えることで、放電電極 21先端の放電端 22と各対向電極 30の円形窓 32の内周縁との 間に高電圧電界を発生させ、各放電電極 21上の水を静電気で帯電させて、放電端 22から水の帯電微粒子をミストとして放出する。この場合、放電端 22では水のレイリ 一分裂が生じることで、ナノサイズの帯電微粒子のミストが発生し、このミストが対向電 極 30の円形窓 32を通して外部に放出される。

[0021] 冷却器 40はペルチェ効果熱電モジュール（以後ペルチェモジュールと称す）で構 成され、図 3及び 4に示すように、放電電極 21の放電端 22と反対側の端部にベルチ ェモジュールの冷却側を結合したもので、ペルチェモジュールを構成する熱電素子 - ^一定の電圧を印加することで、放電電極を水の露点以下の温度に冷却する。ペル チェモジュールは、一つの導電回路板の間に複数の熱電素子を並列に接続して構 成され、冷却コントローラ 50から与えられる可変の電圧によって決まる冷却速度で放 電電極 21を冷却する。冷却側となる一方の導電回路板は放電電極 21に結合し、放 熱側となる他方の導電回路板には放熱フィン 46を備えた放熱板 45に接続される。こ のペルチェモジュールには電極の冷却温度を検出するためのサーミスタが設けられ 、冷却コントローラ 50は環境温度と環境湿度に応じた適切な温度、即ち、十分な量 の水を放電電極上に凝集できる電極温度を維持するように、ペルチェモジュール 40 の温度を制御する。

[0022] ペルチェモジュール 40は放電電極 21と共にケーシング 10に収容される。ケーシン グ 10は共に電気絶縁材料でできた上ケーシング 11と下ケーシング 15とで構成され、 上ケーシング 11内に放電電極 21の先端部が納められ、下ケーシング 15内にベルチ ェモジュール 40が収容され、ペルチヱモジュール 40の冷却側と放電電極 21との間 には、熱伝導性が高い電気絶縁性の絶縁板 44が配置される。下ケーシング 15の下 面は放熱板 45で閉塞される。

[0023] 複数の放電電極 21は単一構造の電極部品 20として一体ィ匕される。電極部品 20は 、銅、アルミ、銀、或いはこれらの合金である電気伝導性及び熱伝導性が高い材料 で形成され、一本の幹 24の上端力も水平に延出する複数の分岐枝 25の先端にそれ ぞれ放電電極 21が立設し、幹 24の下端のフランジ 26がペルチヱモジュール 40の冷 却側に結合する。幹 24は下ケーシング 15の上面壁 16及び上ケーシング 11の底面 壁 12を貫通し、分岐枝 25は底面壁 12の上面に沿って延出する。下ケーシング 15及 び上ケーシング 11は断熱性の高い電気絶縁材料で形成される。この場合、ペルチェ モジュール 40から分岐枝 25に至る部分の幹 24に、断熱被覆を設けることにより、電 極部品 20とケーシング 10との断熱性を向上させることができる。

[0024] 下ケーシング 15には電極部品 20を高電圧源 60の高電圧側に接続するための電 極端子 18が取り付けられ、下ケーシング内 15で電極端子 18の一方の端部が幹 24 下端でフランジ 26の近傍に結合し、他端が下ケーシング外に突出する。高電圧源 6 0の接地側は対向電極 30の接地端子 33に接続される。電極端子 18と反対側の下ケ 一シング 15の側端にはペルチェモジュールを制御する冷却コントローラ 50へ電気接 続するためのコネクタ 19が形成される。 [0025] 上ケーシング 11の側壁下端部には空気口 14が形成され、周囲の空気を放電電極 21の周りへ導入し、導入された空気中に含まれる水分が放電電極 21上に凝集し、 凝集した水が放電電極 21の先端力も帯電微粒子のミストとしてケーシング 10外へ放 出される。

[0026] 各放電電極 21は同一の形状であり、図 2に示すように、幹 24の上端から同一長さ の分岐枝 25にて水平方向に離間して、各放電電極 21が同一の温度に冷却される。 また、各放電電極 21の放電端 22は対応する対向電極 30の円形窓 32の中心軸上に 位置し、各放電端 22は同一の電界強度を有することで、各放電電極 21から同一量 の水の帯電微粒子のミストが放出されることになる。

[0027] 図 5は上の実施形態の変更態様を示すもので、 2つの放電電極 21に対して使用す る対向電極 30に一つの円形窓 32を形成し、円形窓 32の直径方向の端部にそれぞ れ放電端を配置した例を示す。この場合は、円形窓 32の内周縁と各放電端 22との 間で放電を起こして、帯電微粒子のミストを派生させる。

[0028] 図 6は別の変更態様を示すもので、 3つの放電電極 21を等角度間隔で配置してい る。この場合も、上の実施形態と同様に、各放電電極 21は一体構造の電極部品とし て用意され、幹 24の上端へ同一長さの分岐枝 25を介して結合することで同一の温 度に冷却される。また、対向電極 30は 3つの円形窓 32を備え、各円形窓 32の中心 軸上に各放電電極が配置される。

[0029] 上述の実施形態及び変更態様では、複数の放電電極を備えた装置を開示して 、 る力 本発明はこれのみに限定されるものではなぐ図 7に示すように、一つの放電電 極 21のみを使用することもできる。この変更態様では、筒型のケーシング 10内を隔 壁 13によって上下に区画しており、放電電極 21がこの隔壁 13を貫通している。ケー シング 10の下端は放熱板 45に結合され、隔壁 13と放熱板 45との間にペルチェモジ ユール 40が収められる。ペルチェモジュール 40は一対の導電回路板 41、 42の間に 複数の熱電素子 43を配列して構成されており、冷却側となる導電回路板 41に放電 電極 21下端のフランジ 26が熱の良導体である電気絶縁板 44を介して結合される。 フランジ 26の周囲は断熱被覆 17によって覆われ、ケーシングへの吸熱を少なくして いる。放電電極 21は隔壁 13の下側で電極端子 18に接続され、ペルチェモジュール はケーシング 10下端力も外部に突出するコネクタ 19に接続される。隔壁 13の上面に は保水板 28が配置されて、放電電極 21で余剰に生成された水を吸収して、電極端 子 18側やペルチヱモジュール 40側に漏れるのを無くして 、る。

<第 2実施形態 >

図 8は本発明の第 2実施形態に係る静電噴霧装置を開示する。この実施形態は基本 的に上記の実施形態と同一である力 一つのハウジング 100内に、ケーシング 10と 共にファン 110を組み込んだ構造を示す。ケーシング 10は放電電極 21、対向電極 3 0、ペルチェモジュール 40及び放熱フィン 46を保持し、ハウジング 100の上部に配 置され、ファン 110はハウジング 100の下端部に配置される。本実施形態では、ペル チェモジュール 40は一方の端部を冷却器として他方の端部を放熱器とする熱交換 器として使用される。ファン 110は外部の空気をハウジング下端の空気導入口 102か ら内部に導入し、ハウジング 100内に形成する空気導入路 104と、熱交換路 106とを 通して外部に排出する。空気導入路 104はファン 110の下流側でケーシング 10とノヽ ウジング 100との間に形成されて、ファンによって得られる強制空気流 Aをケーシング 10側面の空気口 14からケーシング 10内へ進め、対向電極 30の円形窓 32を通して 外部に排出するもので、この間に放電電極 21上に空気中の水分を凝集させ、放電 電極力 放出させる帯電微粒子のミストをこの空気流に乗せて外部に送り出す。

[0030] 一方、熱交換路 106はファン 110の下流側で放熱フィン 46の周囲を通り、ハウジン グ 100の側壁の排出口 108を経て外部に排出するための強制空気流 Bを流すもの で、放熱フィン 46との接触によりペルチェモジュール 40での冷却効率を高める。この 熱交換路 106は空気導入路 104と分離して形成され、放熱フィンで加熱された空気 が放電電極 21へ漏れることとを無くす。この結果、放熱電極 21では新鮮な空気の供 給を受けて、この空気力も効率よく水を凝集できる。

[0031] 空気導入口 102の近傍には環境温度と環境湿度とを検出する温湿度センサー 80 が配置される。冷却コントローラ 50は、環境温度と環境湿度によって決定される温度 、即ち、放電電極上に十分な量の水を凝集させる温度とまでに放電電極 21を冷却す るように、ペルチェモジュール 40へ印加する電圧を制御する。また、冷却コントローラ 50は、放電電極 21と対向電極 30との間に流れる放電電流を検知する電流計 70〖こ 接続され、放電電流が一定となるようにペルチェモジュール 40を制御する。この放電 電流は放電端 22から放出される帯電微粒子の量、即ち、放電電極上に凝集する水 の量に比例することから、放電電流が一定となるようにペルチェモジュール 40を制御 することにより、一定量の帯電微粒子のミストを継続して放出することができる。

[0032] ファン 110は送風コントローラ 120に接続されて、放電電極 21や放熱フィン 46へ供 給する空気量が調整される。送風コントローラ 120は、電流計 70や温湿度センサー 8 0に接続され、放電電流や環境温湿度に応じて送風量を調整する。例えば、環境温 度と放電電極との温度差が大き 、場合は、ペルチヱモジュールによる冷却効率を高 め得るために送風量を上げる。また、放電電極への水凝集量が不足するような場合 も、外部力もの空気を多量に放電電極に供給するように送風量を上げる。一方、十分 な量の水が放電電極上に凝集されて 、る場合は、ファンを停止させるか送風量を下 げて、放電電極力も放出される帯電微粒子のミストを一定量とする。

[0033] ところで、環境条件によっては、放電電極 21が過冷却されて放電電極 21上に凝集 する水が氷結する場合が生じる。氷結を起こせば、放電電流が少なくなることから、こ の状態は冷却コントローラ 50で認識できる。このような場合は、冷却コントローラ 50は ペルチェモジュール 40を制御して放電電極 21の温度を上昇させることで、氷結を解 消させるように動作する。例えば、ペルチヱモジュールでの冷却を弱めるか停止させ ることができる。更には、ペルチェモジュール 40へ印加する電圧の極性を一時的に 逆転させて、放電電極 21を加熱することができる。このような状況下では、冷却コント ローラ 50によって、ペルチヱモジュール 40は空気中の水分を氷結する機能と、氷結 水を融解させる機能とが切り替えられることで、放電電極 21上に適切な量の水が供 給できる。

[0034] 図 9に示すように、放電電極 21には余剰水を一時的に保持するための保水体を形 成することができる。図 9 (A)では、多孔質セラミックでできた毛細管現象を示す保水 体 90Aを放電電極 21の中心に形成した例を示す。図 9 (B)では、放電電極 21の外 表面に軸方向に走る毛細溝を設けてこの溝が水を保持する保水体 90Bとした例を示 す。何れの場合も、保水体には親水性処理がなされ、それ以外の部分には例えば撥 水層を被覆する撥水処理がなされる。図 9 (C)では、放電電極 21内に軸方向に走る 毛細の隙間を設けてこれを保水体 90Cとした例を示し、例えば、放電電極を 2つ割り や 3つ割り構造とすることで内部に隙間を形成することができる。

図 10は、放電電極 21先端の放電端 22での水の保持力を高めるようにした各種の 構造を示す。図 10 (A)は放電端 22に平坦面を形成して、水の表面張力を利用して この平坦面に水を保持する例を示す。図 10 (B)は平坦面の中央に先鋭な突起を形 成して突起に電荷を集中させる例を示す。図 10 (C)は、放電端に凹面を形成して、 この部分で水を保持するようにした例を示す。図 10 (D)は、凹面の中央に先端な突 起を形成した例を示す。いずれの構造にあっても放電端 22に集まる水を適切に保持 できるため、放電端での水にレイリー分裂を確実に生じせることができて、静電霧化 を安定的に行うことができる。また、突起の数は 2本以上として、ミストの発生量を増大 させることがでさる。

Claims

請求の範囲

[1] 以下の構成を備えた静電噴霧装置

放電電極、

上記の放電電極に対向する対向電極、

上記放電電極上に水を与える水供給器、

高電圧源、この高電圧源は上記放電電極と上記対向電極との間に高電圧を印加し て上記の放電電極上の水に静電気を帯電させて放電電極先端の放電端から水の帯 電微粒子を放出させる、

上記の水供給器は上記放電電極上に周囲の空気力 水を凝集させるように構成さ れる。

[2] 請求項 1の装置において、

上記の水供給器は冷却器であり、上記の放電電極を冷却させて周囲の空気力 水 分を放電電極の上に凝集させる。

[3] 請求項 1の装置において、

上記の水供給器は、周囲の空気の水分を上記の放電電極上に氷結させる氷結する 機能と、放電電極上で氷結水を溶かす融解する機能とを有する。

[4] 請求項 2の装置において、

周囲の空気を空気導入路を介して上記の放電電極の周りに導入するファンが設けら れた。

[5] 請求項 4の装置において、

上記の冷却器は放熱器とで熱交 をなし、

この熱交^^は上記の放電電極と共にハウジング内に収容され、

上記のハウジングに熱交換路が形成され、この熱交換路は上記の空気導入路とは 分離して周囲の空気を上記の放熱器へ導入してからハウジング外へ排出する。

[6] 請求項 1の装置において、

上記の放電電極に、水を保持する保水体が備えられた。

[7] 請求項 2の装置において、

上記の冷却器は冷却部と加熱部とを備えるペルチェ効果熱電モジュールで実現され 、冷却部が上記の放電電極に結合してこれを冷却する。

[8] 請求項 2の装置において、

上記の放電電極が複数配置され、

上記の放電電極がそれぞれ上記の冷却器へ熱的に結合してそれぞれの放電端が 同一の温度に冷却され、

上記の放電電極が上記の高電圧源へ電気的に結合してそれぞれの放電端が同一 の電界強度を有する。

[9] 請求項 8の装置において、

複数の上記放電電極が電極部品に一体化され、この電極部品は上記の冷却器へ結 合される単一の幹を有し、各放電電極がこの単一の幹カゝらそれぞれ分岐枝を経て延 出する。

[10] 請求項 8の装置において、

上記の複数の放電電極の全てが上記の対向電極力も等間隔に離間する。

[11] 請求項 9の装置において、

上記の電極部品が同一材料によって単一構造体に形成され、上記の複数の放電電 極が上記の幹の周りに対称的に配置された。

[12] 請求項 9の装置において、

上記の電極部品が、上記の各分岐枝から上記の冷却器側に離れた点で上記の高電 圧源からの高電圧を受ける。

[13] 請求項 9の装置において、

上記の電極部品に、上記分岐枝から上記の冷却器に至る部分を包囲する断熱被覆 が装着された。

[14] 請求項 8の装置において、

複数の上記対向電極がそれぞれ放電電極に対して配置され、

上記の対向電極はそれぞれ対応する放電電極に対して同一の距離で離間する。